厌氧生物处理市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx
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1、Ch14 工业废水生物处理工业废水生物处理 v工业废水可生化性工业废水可生化性v工业废水好氧生物处理工业废水好氧生物处理v活性污泥法活性污泥法v生物膜法生物膜法v工业废水厌氧生物处理工业废水厌氧生物处理v工业废水厌氧好氧串联生物处理工业废水厌氧好氧串联生物处理第1页14.1 工业废水可生化性工业废水可生化性(一)工业废水可生化性评价方法(一)工业废水可生化性评价方法:v水质标准法(水质标准法(BOD/CODBOD/COD)v微生物耗氧速率法微生物耗氧速率法v脱氢酶活性法脱氢酶活性法v有机化合物分子结构评价法有机化合物分子结构评价法第2页(二)可生化性评价试验应注意问题(二)可生化性评价试验应注
2、意问题:v生物处理方法;生物处理方法;v微生物起源及浓度;微生物起源及浓度;v有机物浓度、营养物质、有机物浓度、营养物质、pHpH值、水温、值、水温、共存物质。共存物质。第3页14.2 工业废水好氧生物处理工业废水好氧生物处理(一)活性污泥法(一)活性污泥法(Activated Sludge Process)v传统活性污泥法传统活性污泥法(Traditional Activated Sludge Process)v氧化沟氧化沟(Oxidation Ditch)vSBR(Sequencing Batched Reactor)第4页(二)生物膜法(二)生物膜法(Bio-film Process)v
3、接触氧化法接触氧化法(Contact Oxidation Process)v生物转盘生物转盘(Biological Rotating Contactor)v生物滤池生物滤池(Biological Filter)第5页14.3 工业废水生物处理工业废水生物处理l废水厌氧生物处理是环境工程与能源废水厌氧生物处理是环境工程与能源工程中一项主要技术工程中一项主要技术l可用于处理有机污泥和高浓度有机废可用于处理有机污泥和高浓度有机废水,也用于处理中、低浓度有机废水水,也用于处理中、低浓度有机废水第6页(一)厌氧生物处理(一)厌氧生物处理原理原理废水厌氧生物处理废水厌氧生物处理:指在无氧条件下,借助厌氧微
4、:指在无氧条件下,借助厌氧微生物新陈代谢作用分解废水中有机物质,并使之生物新陈代谢作用分解废水中有机物质,并使之转变为小分子无机物质处理过程。转变为小分子无机物质处理过程。1979年出现了厌氧消化三阶段理论年出现了厌氧消化三阶段理论,主要包含:,主要包含:第7页第一阶段第一阶段水解发酵阶段水解发酵阶段,复杂有机物在厌氧菌胞外酶作用下,复杂有机物在厌氧菌胞外酶作用下,首先被分解成简单有机物;这些简单有机物在产酸菌作首先被分解成简单有机物;这些简单有机物在产酸菌作用下经过厌氧发酵和氧化转化为乙酸、丙酸和丁酸等脂用下经过厌氧发酵和氧化转化为乙酸、丙酸和丁酸等脂肪酸和醇类等。肪酸和醇类等。第二阶段第二
5、阶段产氢产乙酸阶段产氢产乙酸阶段,在产氢产乙酸菌作用下,把第一,在产氢产乙酸菌作用下,把第一阶段产物,如丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类转化为乙酸等阶段产物,如丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类转化为乙酸等物质。物质。第三阶段第三阶段产甲烷阶段产甲烷阶段,产甲烷细菌利用第一阶段和第二阶段,产甲烷细菌利用第一阶段和第二阶段产生乙酸、二氧化碳和氢转化为甲烷。产生乙酸、二氧化碳和氢转化为甲烷。第8页(二)厌氧生物处理特点(二)厌氧生物处理特点与好氧生物处理法相比优点:与好氧生物处理法相比优点:应用范围广:应用范围广:适于适于处处理中、高理中、高浓浓度度废废水水;几;几百到上万吨规模;百到上万吨规模;能耗低,是好氧处理
6、能耗低,是好氧处理1015%;且能且能够产够产生大量能源生大量能源;负负荷高(荷高(510kgBOD/m3.d,是好氧,是好氧10倍),倍),占地少占地少;剩下污泥量少(剩下污泥量少(是好氧是好氧1/20),且其浓缩性),且其浓缩性和脱水性能良好。和脱水性能良好。第9页对对氮、磷氮、磷营营养物需求量少养物需求量少(BOD:N:P=200400:5:1)厌氧处理过程有一定杀菌作用;厌氧处理过程有一定杀菌作用;厌氧活性污泥能够长久贮存(厌氧活性污泥能够长久贮存(可保留可保留一年以上),可一年以上),可间间断或季断或季节节性运行性运行。第10页与好氧生物与好氧生物处处理法相比理法相比缺缺点:点:n处
7、处理后出水水理后出水水质较质较差,差,难难以直接达以直接达标标,普通需要,普通需要进进行后行后处处理(普通在理(普通在厌厌氧氧处处理后串理后串联联好氧好氧处处理)。理)。n因因为厌为厌氧氧细细菌增殖菌增殖迟缓迟缓,厌厌氧反氧反应应器首次开启器首次开启过过程需程需时较长时较长,普通需要,普通需要812周周时间时间才能完成。才能完成。n厌厌氧微生物氧微生物对对有毒物有毒物质质和和环环境条件境条件较为较为敏感,操敏感,操作控制原因比作控制原因比较较复复杂杂,操作不妥可能造成反,操作不妥可能造成反应应器器运行条件运行条件恶恶化(化(产产生臭味和腐生臭味和腐蚀蚀性气体)。性气体)。第11页(三)厌氧生物
8、处理主要影响原因(三)厌氧生物处理主要影响原因温度温度:产甲烷菌温度范围是:产甲烷菌温度范围是560,在,在35和和53上下能够分别取得较高消化效率,温度为上下能够分别取得较高消化效率,温度为4045时,厌氧消化效率较低。各种产甲烷时,厌氧消化效率较低。各种产甲烷菌适宜范围不一致,且最适温度范围较小菌适宜范围不一致,且最适温度范围较小pH值值:产酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感,产酸:产酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感,产酸细菌适宜细菌适宜pH值值4.58.0;产甲烷菌最适;产甲烷菌最适pH值值7.07.2,适宜,适宜pH值值6.67.4第12页有机负荷有机负荷:在一定范围内,伴随有机负荷提升,产
9、:在一定范围内,伴随有机负荷提升,产气率趋向下降,而消化器容积产气量则增多。气率趋向下降,而消化器容积产气量则增多。有机负荷过高,会使消化系统中污泥流失速率有机负荷过高,会使消化系统中污泥流失速率大于增加速率而降低消化效率;有机负荷过低,大于增加速率而降低消化效率;有机负荷过低,物料产气率即使能够提升,但容积产生率降低,物料产气率即使能够提升,但容积产生率降低,反应器容积将增大,使消化设备利用效率降低,反应器容积将增大,使消化设备利用效率降低,而增加投资和运行费用。而增加投资和运行费用。厌氧活性污泥厌氧活性污泥:厌氧活性污泥浓度和性状与消化效:厌氧活性污泥浓度和性状与消化效能有亲密关系。在一定
10、范围内,活性污泥浓度能有亲密关系。在一定范围内,活性污泥浓度愈高,厌氧消化效率也愈高,但到了一定程度愈高,厌氧消化效率也愈高,但到了一定程度后,效率提升不再显著。后,效率提升不再显著。第13页有毒物质有毒物质:厌氧系统中有毒物质会不一样程度地对:厌氧系统中有毒物质会不一样程度地对过程产生抑制作用,通常包含有毒有机物、重过程产生抑制作用,通常包含有毒有机物、重金属离子和一些阴离子等金属离子和一些阴离子等氧化还原电位氧化还原电位:产甲烷菌初始繁殖环境条件是氧化:产甲烷菌初始繁殖环境条件是氧化还原电位不能高于还原电位不能高于-0.3V。在厌氧消化全过程。在厌氧消化全过程中,不产甲烷阶段可在兼氧条件下
11、完成,氧化中,不产甲烷阶段可在兼氧条件下完成,氧化还原电位为还原电位为0.1-0.1V,而在产甲烷阶段,而在产甲烷阶段,氧化还原电位须控制为氧化还原电位须控制为-0.3-0.35V(中温消(中温消化)与化)与-0.56-0.6V(高温消化)(高温消化)搅拌和混合搅拌和混合:搅拌可消除池内梯度,增加食料与微:搅拌可消除池内梯度,增加食料与微生物之间接触,防止产生分层,促进沼气分离,生物之间接触,防止产生分层,促进沼气分离,显著地提升消化效率显著地提升消化效率第14页第一代厌氧反应工艺第一代厌氧反应工艺:1880s1950s开发,开发,HRT长,效率低。长,效率低。第二代厌氧反应工艺第二代厌氧反应
12、工艺:1960s开始,以提升厌氧开始,以提升厌氧微生物浓度和停留时间、缩短液体停留时间微生物浓度和停留时间、缩短液体停留时间为目标。为目标。第三代厌氧反应工艺第三代厌氧反应工艺:1990s后,微生物以颗粒后,微生物以颗粒污泥固定化方式存在于反应器中,反应器单污泥固定化方式存在于反应器中,反应器单位容积生物量更高,能承受更高水力负荷,位容积生物量更高,能承受更高水力负荷,并含有较高有机污染物净化效能。并含有较高有机污染物净化效能。(五)厌氧生物反应器(五)厌氧生物反应器第15页n第一代厌氧反应工艺:n1950s以前开发,经典代表:n城市污水:1881年法国Mouras自动净化器:1891年英国M
13、oncriff装有填料升流式反应器:1895年,英国设计化粪池(Septic Tank);19,德国Imhoff池(双层沉淀池);n剩下污泥:各种厌氧消化池等。第16页特点:特点:n处理废水同时,也处理沉淀下来污泥处理废水同时,也处理沉淀下来污泥nHRT长长(污泥处理时(污泥处理时:长达长达90天,当前天,当前WWTP污泥污泥处理处理2030天);天);n处理效率低,处理效果不好处理效率低,处理效果不好;(因为废水与污;(因为废水与污泥不分隔而影响出水水质;双层沉淀池则有了很大泥不分隔而影响出水水质;双层沉淀池则有了很大改进,有上层沉淀池和下层消化池)改进,有上层沉淀池和下层消化池)n含有浓臭
14、气味(含有浓臭气味(原污泥中含有有机氮或硫酸盐等原污泥中含有有机氮或硫酸盐等在厌氧条件下分别转化为氨氮或硫化氢)在厌氧条件下分别转化为氨氮或硫化氢)第17页第二代厌氧反应工艺第二代厌氧反应工艺:1960s开始,以提升厌氧微开始,以提升厌氧微生物浓度和停留时间、缩短液体停留时间为目生物浓度和停留时间、缩短液体停留时间为目标,标,SRT与与HRT分离。分离。经典代表:厌氧接触池、厌氧滤池(经典代表:厌氧接触池、厌氧滤池(AF)、升流)、升流式厌氧污泥床(式厌氧污泥床(UASB)、厌氧流化床()、厌氧流化床(AFB)、)、厌氧附着膜膨胀床(厌氧附着膜膨胀床(AAFEB)等。)等。与第一代厌氧工艺相比
15、,第二代工艺愈加重视对系与第一代厌氧工艺相比,第二代工艺愈加重视对系统环境条件控制,反应器中通常增加了温控设统环境条件控制,反应器中通常增加了温控设施和搅拌装置,经过不一样运行方式在反应器施和搅拌装置,经过不一样运行方式在反应器内保持很高浓度生物量。内保持很高浓度生物量。第18页特点特点:nSRT长,厌氧微生物浓度高;长,厌氧微生物浓度高;nSRT与与HRT分离,分离,HRT短;短;n效率高。效率高。第19页第三代厌氧反应工艺第三代厌氧反应工艺:1990s后,微生物以后,微生物以颗粒污泥颗粒污泥固固定化方式存在于反应器中,反应器单位容积生物量定化方式存在于反应器中,反应器单位容积生物量更高,能
16、承受更高水力负荷,并含有较高有机污染更高,能承受更高水力负荷,并含有较高有机污染物净化效能,含有较大高径比,占地面积小等。物净化效能,含有较大高径比,占地面积小等。经典工艺有:厌氧膨胀颗粒污泥床(经典工艺有:厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB)、厌氧内)、厌氧内循环反应器循环反应器(IC)、升流式厌氧污泥床过滤器等。、升流式厌氧污泥床过滤器等。EGSB反应器:利用外加出水循环使反应器内部形成很反应器:利用外加出水循环使反应器内部形成很高上升流速,提升反应器内基质与微生物之间接触和高上升流速,提升反应器内基质与微生物之间接触和反应,能够在较低温度下处理较低浓度有机废水,如反应,能够在较低温度下处理较低
17、浓度有机废水,如城市废水等;城市废水等;IC反应器:主要应用于处理高浓度有机废水,依靠厌反应器:主要应用于处理高浓度有机废水,依靠厌氧生物过程本身所产生大量沼气形成内部混合液充分氧生物过程本身所产生大量沼气形成内部混合液充分循环与混合,能够到达更高有机负荷循环与混合,能够到达更高有机负荷。第20页厌氧生物处理技术厌氧生物处理技术厌氧接触法厌氧接触法(Anaerobic Contact Process)厌氧生物滤池厌氧生物滤池(Anaerobic Filter,AF)升流式厌氧污泥床升流式厌氧污泥床(Up-flow Anaerobic Sludge Blanket,UASB)厌氧膨胀床厌氧膨胀床
18、(Anaerobic Expanded Bed,AEB)和和 厌氧流化床厌氧流化床(Anaerobic Fluidized Bed,AFB)厌氧生物转盘厌氧生物转盘(Anaerobic Rotating Biological Contactor)厌氧膨胀颗粒污泥床厌氧膨胀颗粒污泥床(Expanded Granular Sludge Blanket,EGSB)厌氧内循环反应器厌氧内循环反应器(Internal Circulation,IC)两相厌氧消化工艺两相厌氧消化工艺(Anaerobic Digester)第21页1.厌氧接触法厌氧接触法 l机械、水力或压缩沼气搅拌:完全混合状态机械、水力或
19、压缩沼气搅拌:完全混合状态l真空脱气装置:脱气,提升沉淀池中混合液固真空脱气装置:脱气,提升沉淀池中混合液固液分离效果液分离效果l沉淀池、沉淀污泥回流至消化池:沉淀池、沉淀污泥回流至消化池:SRT与与HRT分离,保持污泥浓度,降低分离,保持污泥浓度,降低HRT第22页1.厌氧接触法厌氧接触法 厌氧细菌生长迟缓,基本能够作到不从系统中排厌氧细菌生长迟缓,基本能够作到不从系统中排放剩下污泥,则放剩下污泥,则Qw=0:第23页1.厌氧接触法厌氧接触法 普通厌氧消化池:因普通厌氧消化池:因Xe=X,故,故 c=HRT。中温条件下,为满足产甲烷菌生长繁殖,中温条件下,为满足产甲烷菌生长繁殖,SRT要求要
20、求2030d,所以厌氧消化池,所以厌氧消化池HRT为为2030d。厌氧接触法:由厌氧接触法:由X Xe,故,故HRTSRT;而且而且X越大,越大,Xe越小,则越小,则HRT能够越短。能够越短。第24页1.厌氧接触法厌氧接触法 厌氧接触法含有以下特点:厌氧接触法含有以下特点:耐冲击能力强耐冲击能力强(污泥浓度(污泥浓度510gMLVSS/L)消化池容积负荷较普通消化池大大提升消化池容积负荷较普通消化池大大提升 能够直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大料能够直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大料液;液;出水水质好,但需增加沉淀池、污泥回流和脱出水水质好,但需增加沉淀池、污泥回流和脱气设备;气设备;混合
21、液难于在沉淀池中进行固液分离,污泥中混合液难于在沉淀池中进行固液分离,污泥中脱气不彻底,沉淀池中存在厌氧生化反应脱气不彻底,沉淀池中存在厌氧生化反应 第25页1.厌氧接触法厌氧接触法 n存在问题:厌氧污泥上附着小气泡,影响存在问题:厌氧污泥上附着小气泡,影响污泥沉淀;且污泥在二沉池中还含有活性,污泥沉淀;且污泥在二沉池中还含有活性,还会继续产生沼气,有可能造成已下沉污还会继续产生沼气,有可能造成已下沉污泥上浮。泥上浮。n改进办法:改进办法:真空脱气设备(真空度为真空脱气设备(真空度为500mmH2O););增加热交换器,使污增加热交换器,使污泥骤冷,暂时抑制厌氧污泥活性。泥骤冷,暂时抑制厌氧污
22、泥活性。第26页2.厌氧生物滤池厌氧生物滤池 l厌厌氧氧生生物物滤滤池池结结构构类类似似于于普普通通生生物物滤滤池池,但但池池顶顶密密封封,产产生沼气聚焦在池顶部罩内,并从顶部引出。生沼气聚焦在池顶部罩内,并从顶部引出。l处理水所挟带生物膜,在滤后沉淀池分离。处理水所挟带生物膜,在滤后沉淀池分离。l按按水水流流方方向向,厌厌氧氧生生物物滤滤池池可可分分为为:升升流流式式、降降流流式式和和升升流式混合型。流式混合型。第27页2.厌氧滤池厌氧滤池 l厌氧滤池(厌氧滤池(Anaerobic Filter,简称,简称AF)是世界上)是世界上最早使用污水生物处理构筑物之一。最早使用污水生物处理构筑物之一
23、。l1891年,年,Scott-Moncrieff在英格兰建成了第一座在英格兰建成了第一座使用石质载体池子,池子上部是滤层,污水自下而使用石质载体池子,池子上部是滤层,污水自下而上经过滤层,使污水得到净化。即使这座池子只供上经过滤层,使污水得到净化。即使这座池子只供处理处理10人生活污水,也未冠以厌氧生物滤池之名,人生活污水,也未冠以厌氧生物滤池之名,但实质上能够称作厌氧生物滤池首次应用实例。但实质上能够称作厌氧生物滤池首次应用实例。l到到20世纪世纪60年代,美国年代,美国McCarty等人将厌氧生物等人将厌氧生物滤池发展成为第一个高速厌氧反应器,容积负荷可滤池发展成为第一个高速厌氧反应器,
24、容积负荷可达达10-15kgCOD/m3.d。第28页2.厌氧滤池厌氧滤池 厌氧生物滤池主要优点是:厌氧生物滤池主要优点是:n微微生生物物浓浓度度较较高高,能能承承受受较较高高有有机机负负荷荷及及冲击负荷;冲击负荷;n泥龄长,泥龄长,HRT较短,反应器体积小;较短,反应器体积小;n开启时间短,短时间停运后再开启轻易;开启时间短,短时间停运后再开启轻易;n不不需需搅搅拌拌和和回回流流污污泥泥,设设备备简简单单,操操作作方方便,能耗低。便,能耗低。第29页2.厌氧滤池厌氧滤池 AF工艺计算与设计主要内容:工艺计算与设计主要内容:滤料选择;滤料选择;滤料体积计算;滤料体积计算;布水系统设计;布水系统
25、设计;沼气系统设计。沼气系统设计。但当前尚无定型设计计算程序。但当前尚无定型设计计算程序。厌氧生物滤池设计厌氧生物滤池设计第30页2.厌氧滤池厌氧滤池 1)滤料体积计算:滤料体积计算:V=Q(Si Se)/LvCOD2)惯用设计参数:惯用设计参数:n有机容积去除负荷可达有机容积去除负荷可达0.512 kgCOD/m3.d;n有机物去除率可达有机物去除率可达6095%;n滤料层高度为滤料层高度为25m;n相邻进水孔口距离相邻进水孔口距离12m(小于(小于2m););n污泥排放口距离小于污泥排放口距离小于3m。厌氧生物滤池设计厌氧生物滤池设计第31页2.厌氧滤池厌氧滤池 3)出水水质出水水质Se:
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